DE602004002893T2 - Optischer Verschluss - Google Patents

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/005Diaphragms

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Verschlüsse. Optische Verschlüsse werden zum Steuern des Durchlassgrades von Licht verwendet, das bei holografischen Speichereinheiten oder optischen Kommunikationsvorrichtungen verwendet wird; im Spezielleren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen optischen Verschluss, mit dem sich der Lichtdurchlassgrad mittels eines geringfügigen Vorgangs variieren lässt.
  • Mechanische optische Verschlüsse, die das Übertragen/Blockieren von Licht steuern, sind derzeit bekannt und werden bei optischen Vorrichtungen, wie z.B. optischen Speichereinheiten, optischen Logikeinheiten und optischen Kommunikationsvorrichtungen häufig verwendet. Ein solcher herkömmlicher mechanischer optischer Verschluss ist z.B. in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 9-218360 offenbart. Der mechanische optische Verschluss steuert das Übertragen/Blockieren von Licht durch Betätigung von Lichtabschirmplatten, die in einem Lichtweg bzw. Strahlengang angeordnet sind, um dadurch den Lichtweg zu öffnen oder zu schließen. Abgesehen von einem solchen optischen Verschluss, der den Lichtweg durch parallele Bewegung der Lichtabschirmplatten öffnet oder schließt, gibt es auch andere mechanische optische Verschlüsse, die Lichtwege durch rotationsmäßiges Bewegen von Lichtabschirmplatten öffnen oder schließen. In beiden Fällen werden Lichtabschirmplatten betätigt, um den Lichtweg zu öffnen oder zu schließen.
  • Bei Speichereinheiten, die holografische Prinzipien verwenden (wobei diese im Folgenden als „holografische Speichereinheiten" bezeichnet werden), wird pulsiertes Licht als Referenzstrahl und als Strahl zum Beleuchten eines Gegenstands verwendet, wobei das pulsierte Licht unter Verwendung von optischen Verschlüssen gebildet wird. In diesem Fall ist eine höhere Ansprechgeschwindigkeit bevorzugt.
  • Herkömmliche mechanische optische Verschlüsse benötigen jedoch eine minimale Bewegung in der Größenordnung von 10 μm für die Lichtabschirmplatten, um die Lichtwege zu öffnen oder zu schließen. Jede der Lichtabschirmplatten, auch eine sehr kleine, hat ein gewisses Gewicht, und aus diesem Grund ist die Ansprechgeschwindigkeit auf ca. 200 μs begrenzt. Da holografische Speichereinheiten eine Ansprechgeschwindigkeit von 50 μs oder weniger benötigen, ist es notwendig, die Ansprechgeschwindigkeit gegenüber der mittels herkömmlicher Techniken erzielbaren in signifikanter Weise zu steigern. Optische Verschlüsse, die eine hohe Ansprechgeschwindigkeit erreichen, sind z.B. auf dem Gebiet der optischen Kommunikation sowie bei holografischen Speichereinheiten wünschenswert.
  • Bei herkömmlichen mechanischen optischen Verschlüssen sind die zum antriebsmäßigen Bewegen der Lichtabschirmplatten erforderlichen Mechanismen aufgrund der großen Distanzen, über die sich die Lichtabschirmplatten bewegen müssen, unweigerlich groß. Für Lichtabschirmplatten, die durch piezoelektrische Elemente antriebsmäßig bewegt werden, sind gesteigerte Dicken dieser piezoelektrischen Elemente erforderlich, um die Lichtabschirmplatten über eine große Distanz zu bewegen, da die Lichtabschirmplatten in Abhängigkeit von ihrer Dicke in einem vorbestimmten Verhältnis expandieren oder schrumpfen. Als Ergebnis hiervon sind die Einheiten insgesamt unvermeidbar groß.
  • Weitere optische Verschlüsse, die mehrlagige Filter verwenden, sind in den US-Patentschriften Nr. 5 142 414, 5 430 574 und 2003/081319 offenbart.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten optischen Verschlusses.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Verschluss geschaffen, der Folgendes aufweist: ein erstes und ein zweites mehrlagiges Filter, die unter Freilassung eines Spalts dazwischen angeordnet sind und zum Steuern des Lichtdurchlassgrades von durch diese hindurch gehendem Licht dienen, wobei es sich bei einem der Filter um ein feststehendes Filter und bei dem anderen um ein bewegliches Filter handelt, und winzige Antriebselemente, die an dem beweglichen Filter vorgesehen sind, um das bewegliche Filter zum Variieren der Distanz zwischen dem feststehenden Filter und dem beweglichen Filter zu verlagern und damit die Größe des Spalts zu variieren, gekennzeichnet durch eine Erhebung mit vorbestimmter Größe, die an dem feststehenden Filter angeordnet ist und derart positioniert ist, dass das bewegliche Filter an dieser angreifen kann, wenn es durch die Antriebselemente antriebsmäßig bewegt wird, um dadurch die minimale Größe des Spalts zu begrenzen, und durch einen Anschlag, der derart positioniert ist, dass das bewegliche Filter an diesem angreifen kann, wenn es durch die Antriebselemente antriebsmäßig bewegt wird, um dadurch die maximale Größe des Spalts zu begrenzen.
  • Bei dem optischen Verschluss der vorliegenden Erfindung können die winzigen Antriebselemente mit dem beweglichen Filter mittels elastischer Verbindungsschichten dazwischen verbunden sein.
  • Als Ergebnis hiervon wird Fehlern bei der von den winzigen Antriebselementen zurückgelegten Distanz Rechnung getragen, und auf diese Weise wird das bewegliche Filter exakt betätigt.
  • Gemäß dem optischen Verschluss der vorliegenden Erfindung können das feststehende Filter, der Spalt und das bewegliche Filter die Funktion eines Bandpassfilters haben. Als Ergebnis hiervon erlaubt eine geringfügige Änderung bei der Distanz des Spalts eine starke Variation des Lichtdurchlassgrades in dem Filter insgesamt, und auf diese Weise wird ein Umschalten zwischen dem Übertragen/Blockieren von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durch einen geringfügigen Vorgang erzielt.
  • Bei dem optischen Verschluss der vorliegenden Erfindung können das feststehende Filter, der Spalt und das bewegliche Filter die Funktion eines Minus-Filters haben, und ein vorbestimmter Wellenlängenbereich, in dem der Durchlassgrad gesteuert wird, kann in einem harmonischen Bereich der Durchlasseigenschaften des Minus-Filters liegen.
  • Gemäß dem optischen Verschluss der vorliegenden Erfindung können das feststehende Filter, der Spalt und das bewegliche Filter die Funktion eines Minus-Filters haben, wobei der vorbestimmte Wellenlängenbereich, in dem der Durchlassgrad gesteuert wird, in dem harmonischen Bereich der Durchlasseigenschaften des Minus-Filters liegt. Als Ergebnis hiervon ist das Schwankungsausmaß bei dem Durchlassgrad in dem Filter insgesamt in Abhängigkeit von der Distanzänderung des Spalts kleiner als der Schwankungsgrad bei einem Bandpassfilter, und somit wird der Lichtdurchlassgrad in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durch Steuern der Distanz des Spalts variiert.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Begleitzeichnungen erläutert; darin zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, in einem Zustand, in dem der optische Verschluss eingeschaltet bleibt;
  • 2 eine Schnittdarstellung des optischen Verschlusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Zustand, in dem der optische Verschluss ausgeschaltet bleibt;
  • 3 eine Darstellung der Brechungsindexverteilung in Richtung der Dicke gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Zustand, in dem der optische Verschluss eingeschaltet bleibt;
  • 4 eine Darstellung der Brechungsindexverteilung in Richtung der Dicke gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Zustand, in dem der optische Verschluss ausgeschaltet bleibt;
  • 5 eine Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses des ersten Ausführungsbeispiels in dem Zustand, in dem der optische Verschluss eingeschaltet bleibt;
  • 6 eine Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses des ersten Ausführungsbeispiels in dem Zustand, in dem der optische Verschluss ausgeschaltet bleibt;
  • 7 eine Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 8 eine Draufsicht auf den optischen Verschluss des zweiten Ausführungsbeispiels;
  • 9 eine schematische Darstellung einer optischen Kommunikationsvorrichtung, die den optischen Verschluss des zweiten Ausführungsbeispiels beinhaltet;
  • 10 eine Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses in einem zwischengeordneten Zustand gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
  • 11 eine Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses des dritten Ausführungsbeispiels, wenn der optische Verschluss einen maximalen Durchlassgrad hat;
  • 12 eine Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses des dritten Ausführungsbeispiels, wenn der optische Verschluss einen mittleren Durchlassgrad hat;
  • 13 eine Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses des dritten Ausführungsbeispiels, wenn der optische Verschluss einen minimalen Durchlassgrad hat; und
  • 14 eine schematische Darstellung eines variablen Verzweigungsmoduls mit zwei optischen Verschlüssen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem EIN-Zustand, und 2 zeigt eine Schnittdarstellung des optischen Verschlusses 1 in einem AUS-Zustand. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt ist, beinhaltet der optische Verschluss 1 ein mehrlagiges feststehendes Filter 2 und ein mehrlagiges bewegliche Filter 3, die unter Freilassung eines Spalts 4 dazwischen angeordnet sind. Das bewegliche Filter 3 ist mit winzigen Antriebselementen 5, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes antriebsmäßig bewegt werden, unter Verwendung von elastischen Verbindungs schichten 6 dazwischen verbunden und somit in Bezug auf die Zeichnungen in Vertikalrichtung beweglich.
  • Die winzigen Antriebselemente 5 sind aus piezoelektrischen Elementen gebildet, und ein Variieren des an diese Elemente angelegten elektrischen Feldes ermöglicht den winzigen Antriebselementen 5 ein Expandieren oder Schrumpfen. Das Betätigen der winzigen Antriebselemente 5 ermöglicht dem beweglichen Filter 3 die Ausführung einer Bewegung in der in Bezug auf die Zeichnungen vertikalen Richtung. Dadurch wird die Distanz variiert, die zwischen dem feststehenden Filter 2 und dem beweglichen Filter 3 vorhanden ist. Gemäß dem optischen Verschluss der vorliegenden Erfindung werden durch Variieren der Distanz des Spalts 4 die Durchlassgrad-Eigenschaften des Filters insgesamt verändert, das durch das feststehende Filter 2, das bewegliche Filter 3 und den Spalt 4 gebildet ist, um dadurch das Übertragen/Blockieren von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zu steuern. Da das bewegliche Filter 3 und die winzigen Antriebselemente 5 unter Verwendung von elastischen Verbindungsschichten 6 dazwischen miteinander verbunden sind, wird Fehlern im Betrieb der winzigen Antriebselemente 5 durch die elastischen Verbindungsschichten 6 Rechnung getragen.
  • Das feststehende Filter 2 weist an dem Umfang der dem beweglichen Filter 3 zugewandt gegenüber liegenden Fläche eine Erhebung 2a auf. Die Erhebung 2a muss exakt ausgebildet sein, so dass sie eine vorbestimmte Höhe aufweist. Zum Bilden der Erhebung 2a wird das Licht-durchlassende Zentrum des feststehenden Filters 2 bei dem letzten Aufbringschritt des Verfahrens zum Aufbringen bzw. Niederschlagen des mehrlagigen Filters maskiert, und anschließend wird nur der Umfang der Oberfläche des feststehenden Filters 2 auf die vorbestimmte Höhe beschichtet. Auf diese Weise wird die Erhebung 2a exakt gebildet.
  • Wie in 1 gezeigt ist, kommt das bewegliche Filter 3 dem feststehenden Filter 2 am nächsten, d.h. es kommt in Berührung mit einer oberen Oberfläche der Erhebung 2a, wenn die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten schrumpfen. Auf diese Weise bestimmt die Höhe der Erhebung 2a den Zustand, in dem der Spalt 4 eine minimale Distanz aufweist. In diesem Zustand ist die Distanz des zwischen dem feststehenden Filter 2 und dem beweglichen Filter 3 gebildeten Spalts 4 derart vorgegeben, dass das Filter insgesamt als Bandpassfilter wirkt, das Licht in ei nem vorbestimmten Wellenlängenbereich überträgt. Wenn die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten schrumpfen, bleibt der optische Verschluss 1 für das Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich eingeschaltet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Distanz des Spalts 4 im eingeschalteten Zustand mit 200 nm gewählt, und aus diesem Grund ist die Erhebung 2a derart ausgebildet, dass ihre Höhe 200 nm beträgt.
  • Im Gegensatz dazu ist in der in 2 dargestellten Weise das bewegliche Filter 3 am weitesten von dem feststehenden Filter 2 entfernt, d.h. es gelangt in Berührung mit einem in dem optischen Verschluss 1 vorgesehenen Anschlag 7, wenn die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten expandieren. Auf diese Weise bestimmt die Position einer Bodenfläche des Anschlags 7 den Zustand, in dem der Spalt 4 eine maximale Distanz hat. In diesem Zustand ist die Distanz des zwischen dem feststehenden Filter 2 und dem beweglichen Filter 3 gebildeten Spalts 4 derart vorgegeben, dass das Filter insgesamt Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich reflektiert. Wenn die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten expandieren, bleibt der optische Verschluss 1 für das Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich ausgeschaltet.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Distanz des Spalts 4 im ausgeschalteten Zustand mit 700 nm gewählt, und die von dem beweglichen Filter 3 zurückgelegte Distanz zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand beträgt somit 500 nm. Im Vergleich zu herkömmlichen optischen Verschlüssen wird der Schaltvorgang erzielt unter Bewegung des beweglichen Filters 3 über eine kleinere Distanz. Da die piezoelektrischen Elemente, die die winzigen Antriebselemente 5 bilden, während der Anlegung eines elektrischen Feldes maximal um 0,1 % expandieren, ist es notwendig, die Dicke der winzigen Antriebselemente 5 mit 500 μm vorzugeben, um eine Bewegungsdistanz von 500 nm für das bewegliche Filter 3 zu erzielen.
  • 3 veranschaulicht die Brechungsindexverteilung in Richtung der Dicke der mehrlagigen Filter, wenn sich der optische Verschluss 1 im EIN-Zustand befindet. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient das gesamte Filter als Schalter für Licht in einem Wellenlängenbereich um 400 nm. In dieser Zeichnung veranschaulichen die horizontale Achse und die vertikale Achse die Richtung der Schichtdicke bzw. den Brechungsindex. Der Bereich A veranschaulicht das feststehende Filter 2, das aus Schichten mit hoher Brechung, die jeweils einen hohen Brechungsindex aufweisen, sowie aus Schichten mit niedriger Brechung, die jeweils einen niedrigen Brechungsindex aufweisen, in einander abwechselnder Weise gebildet ist. Die Schichten mit hoher Brechung sind aus TiO2 und dergleichen hergestellt, und die Schichten mit niedriger Brechung sind aus SiO2 und dergleichen hergestellt. Der Bereich B veranschaulicht den Spalt 4, der zwischen dem feststehenden Filter 2 und dem beweglichen Filter 3 gebildet ist. Der Bereich B hat eine Dicke von 200 nm und einen Brechungsindex von 1,0. Der Bereich C veranschaulicht das bewegliche Filter 3 und hat die gleiche Konstruktion wie das feststehende Filter 2.
  • 5 veranschaulicht die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften, wenn die in 3 dargestellten Bereiche A bis C als Einzelfilter betrachtet werden. Wie in 5 gezeigt ist, kann dann, wenn der Spalt 4 eine minimale Distanz hat, Licht in einem Wellenlängenbereich um ca. 400 nm im Wesentlichen übertragen werden. Wenn die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten schrumpfen, bleibt als Ergebnis hiervon das Filter insgesamt eingeschaltet, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zu übertragen.
  • 4 veranschaulicht die Brechungsindexverteilung in Richtung der Dicke der mehrlagigen Filter, wenn sich der optische Verschluss 1 im AUS-Zustand befindet. 4 unterscheidet sich von 3 darin, dass die Dicke des dem Spalt 4 entsprechenden Bereichs B 700 nm beträgt. Das bewegliche Filter 3 ist somit in Richtung der Schichtdicke verlagert. 6 veranschaulicht die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften, wenn die in 4 dargestellten Bereiche A bis C als Einzelfilter betrachtet werden. Wie in 6 gezeigt ist, hat dann, wenn der Spalt 4 eine maximale Distanz aufweist, das Gesamtfilter einen Durchlassgrad von null in einem Wellenlängenbereich um 400 nm, d.h. es reflektiert das Licht vollständig. Wenn die winzigen Antriebselemente 5 am meisten expandieren, bleibt somit das Filter insgesamt ausgeschaltet, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zu reflektieren.
  • Die Betätigung des beweglichen Filters 3 erlaubt somit ein Variieren der Distanz des zwischen dem beweglichen Filter 3 und dem feststehenden Filter 2 gebildeten Spalts, um dadurch zwischen dem Übertragen/Blockieren von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich umzuschalten. Auf diese Weise wird ein Umschalten durch einen geringfügigen Vorgang erzielt. Da die Hubbewegungs strecke bei diesem Vorgang kürzer ist als bei herkömmlichen optischen Verschlüssen, die den Lichtweg mittels Lichtabschirmplatten blockieren, ist die Ansprechgeschwindigkeit beim Umschalten schneller. Dadurch wird ein optischer Verschluss mit hoher Geschwindigkeit erzielt. Darüber hinaus ist zum Umschalten nur ein geringfügiger Vorgang notwendig, so dass die körperliche Größe des optischen Verschlusses verringert wird.
  • Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7 zeigt eine Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und 8 zeigt eine Draufsicht auf den optischen Verschluss 1 dieses Ausführungsbeispiels. Bei dem optischen Verschluss 1 dieses Ausführungsbeispiels sind ein feststehendes Filter 2 und ein bewegliches Filter 3 zwischen Substraten 8 mit zentralen Stiftlöchern sandwichartig angeordnet. Wie in 8 gezeigt ist, sind winzige Antriebselemente 5 an vier Stellen um den Umfang des optischen Verschlusses 1 herum angeordnet. Eines der Substrate 8, das dem beweglichen Filter 3 benachbart ist, hat im Betrieb des beweglichen Filters 3 die Funktion eines Anschlags 7.
  • 9 veranschaulicht eine optische Kommunikationsvorrichtung, die den optischen Verschluss 1 des zweiten Ausführungsbeispiels beinhaltet. Wie in dieser Zeichnung zu sehen ist, weist die optische Kommunikationsvorrichtung eine Schaltereinheit 10 auf, in der sowohl der optische Verschluss 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels als auch eine Linse 11 zwischen einem Doppelader-Lichtleiter 12 für Eingangslicht und einem Einzelader-Lichtleiter 13 für Ausgangslicht untergebracht sind. Bei dieser optischen Kommunikationsvorrichtung kann durch Betätigung des optischen Verschlusses 1 zwischen der Übertragung von Licht, das aus einer Lichtleiterader 12a austritt, bei der es sich um die eine Ader des Doppelader-Lichtleiters 12 handelt, zu einer Lichtleiterader 13a des Einzelader-Lichtleiters 13 sowie der Reflexion des Lichts zum Übertragen des reflektierten Licht zu einer Lichtleiterader 12b, bei der es sich um die andere Ader des Doppelader-Lichtleiters 12 handelt, umgeschaltet werden.
  • Wie in 9 gezeigt ist, wird von dem Doppelader-Lichtleiter 12 austretendes Licht durch die asphärische Linse 11 gesammelt und dann in den optischen Verschluss 1 eingeleitet. Der optische Verschluss 11 erlaubt den Substraten 8, die auf einer Eingangslichtseite und einer Ausgangslichtseite angeordnet sind, als Blenden mit Stiftlöchern zu wirken. Gemäß den Eigenschaften des Filters insgesamt, das durch das feststehende Filter 2, das bewegliche Filter 3 und den Spalt 4 gebildet ist, die zwischen den Substraten 8 angeordnet sind, wird das Licht durchgelassen bzw. übertragen oder reflektiert. Das Übertragen/Blockieren von Licht wird durch Variieren der Distanz des Spalts 4 durch Betätigen der winzigen Antriebselemente 5 gesteuert, um dadurch die Eigenschaften des Filters insgesamt zu variieren, wie dies auch bei dem optischen Verschluss 1 des ersten Ausführungsbeispiels der Fall ist. Der optische Verschluss 1 des zweiten Ausführungsbeispiels wird bei solchen optischen Kommunikationsvorrichtungen verwendet, so dass das Umschalten von Licht mit höherer Ansprechgeschwindigkeit erzielt wird.
  • Im Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel erläutert. Ein optischer Verschluss 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat die gleiche Grundkonstruktion wie der des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem das feststehende Filter 2 und das bewegliche Filter 3 unter Zwischenanordnung des Spalts 4 vorgesehen sind und das bewegliche Filter 3 durch die winzigen Antriebselemente 5 zum Variieren der Distanz des Spalts 4 antriebsmäßig bewegt wird.
  • Der optische Verschluss 1 des ersten Ausführungsbeispiels hat die Funktion eines Schalters zum Umschalten zwischen dem Übertragen/Blockieren von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich, indem die Position des beweglichen Filters 3 derart gesteuert wird, dass dieses mit der jeweiligen Position ausgerichtet ist, die durch die Erhebung 2a bzw. den Anschlag 7 definiert ist. Im Gegensatz dazu wird bei dem optischen Verschluss 1 des dritten Ausführungsbeispiels die Position eines beweglichen Filters 3 derart gesteuert, dass diese mit der Mitte von einer jeweiligen Position ausgerichtet ist, die durch eine Erhebung 2a bzw. einen Anschlag 7 definiert ist, um dadurch den Lichtdurchlassgrad zu variieren. Bei dem optischen Verschluss 1 des dritten Ausführungsbeispiels wird der Lichtdurchlassgrad in einem Wellenlängenbereich um 405 nm variiert, wobei das Licht von einem Blaulaser emittiert wird.
  • 10 zeigt eine Schnittdarstellung des optischen Verschlusses 1, wenn das bewegliche Filter 3 in einer zwischengeordneten Position angeordnet ist. Da die Erhebung 2a an einem feststehenden Filter 2 und der Anschlag 7 die Betätigung des beweglichen Filters 3 begrenzen, bewegt sich das bewegliche Filter 3 in Be zug auf die Zeichnung in Vertikalrichtung in dem durch die Erhebung 2a und den Anschlag 7 begrenzten Bereich. Die Anordnung des beweglichen Filters 3 in der zwischengeordneten Position kann durch Einstellen der Anlegung eines elektrischen Feldes an winzige Antriebselemente 5 bildende piezoelektrische Elemente erfolgen.
  • Wenn die mehrlagigen Filter und der Spalt 4 die Funktion eines Bandpassfilters haben, führt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine sehr kleine Veränderung bei der Distanz des Spalts 4 zu einer starken Veränderung des Lichtdurchlassgrads. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist zum Ausführen von einfachen Einschalt- und Ausschaltvorgängen ein Bandpassfilter von Vorteil, da der Umschaltvorgang durch einen geringfügigen Betätigungsvorgang erzielt wird. Im Gegensatz dazu ist es bei dem dritten Ausführungsbeispiel zum Steuern des Lichtdurchlassgrads in der zwischengeordneten Position wünschenswert, dass das Änderungsausmaß bei dem Lichtdurchlassgrad in Abhängigkeit von der Veränderung bei der Distanz des Spalts 4 geringer ist.
  • Daher haben bei dem dritten Ausführungsbeispiel die mehrlagigen Filter und der Spalt 4 die Funktion eines Minus-Filters, das Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich reflektiert. Für die Lichtdurchlasseigenschaften des Minus-Filters beträgt der Lichtdurchlassgrad in einem bestimmten Wellenlängenbereich im Wesentlichen 0%, wobei eine Mehrzahl von Welligkeitsbereichen vor sowie anschließend an den Wellenlängenbereich auftritt und wobei eine Mehrzahl von Wellenlängenbereichen mit niedrigerem Durchlassgrad auftritt. Die Bereiche, in denen Welligkeit auftritt, werden als harmonische Bereiche bezeichnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in den harmonischen Bereichen bei den Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften dieses Minus-Filters das Filter insgesamt derart ausgebildet, dass Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich übertragen wird oder nicht übertragen wird. Dadurch erreicht man eine geringfügigere Schwankung bei dem Durchlassgrad in Abhängigkeit von der Änderung bei der Distanz des Spalts 4.
  • 11 veranschaulicht die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses 1 des dritten Ausführungsbeispiels, wenn der optische Verschluss 1 maximalen Durchlassgrad hat. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe der Erhebung 2a 1 μm, und die minimale Distanz des Spalts 4 beträgt 1 μm. In diesem Fall beträgt in der in der in 11 dargestellten Weise bei einer Wellenlänge von 405 nm der Durchlassgrad 90% oder mehr, so dass nahezu das gesamte Licht übertragen wird. Ein vorgegebener Wert zum Reflektieren von Licht bei dem Minus-Filter besteht in dem Wellenlängenbereich unter 405 nm. Wenn die Distanz des Spalts 4 durch Betätigen des beweglichen Filters 3 erhöht wird, werden die Positionen der Welligkeiten in einen Bereich mit kürzerer Wellenlänge verlagert.
  • 12 veranschaulicht die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses 1 des dritten Ausführungsbeispiels, wenn der optische Verschluss 1 einen mittleren Lichtdurchlassgrad hat. In dieser Zeichnung ist ein Fall dargestellt, in dem das bewegliche Filter 3 bei Anlegung eines elektrischen Feldes an die winzigen Antriebselemente 5 bewegt wird und die Distanz des Spalts 4 7 μm beträgt. Wie in 12 gezeigt ist, beträgt in diesem Fall der Durchlassgrad bei einer Wellenlänge von 405 nm ca. 65%, so dass der Durchlassgrad geringer ist als in 11. Das Schwankungsausmaß bei den Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften in Abhängigkeit von den Änderungen bei der Distanz des Spalts 4 ist relativ gering, und somit kann der Lichtdurchlassgrad in Abhängigkeit von der Änderung bei der Distanz des Spalts 4 auf einen beliebigen Wert gesetzt werden.
  • 13 veranschaulicht die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses 1 des dritten Ausführungsbeispiels, wenn der optische Verschluss 1 einen minimalen Durchlassgrad aufweist. In dieser Zeichnung ist ein Fall dargestellt, in dem die winzigen Antriebselemente 5 in die maximale Position expandiert sind und mit dem Anschlag 7 in Kontakt gelangen, wobei die Distanz des Spalts 4 9 μm beträgt. Wie in 13 gezeigt ist, beträgt in diesem Fall bei einer Wellenlänge von 405 nm der Durchlassgrad im Wesentlichen 0% bei dem Minimum von den Bodenbereichen der Welligkeiten, und somit wird nahezu das gesamte eintretende Licht reflektiert. Das Filter insgesamt ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart konfiguriert, dass die Position des beweglichen Filters 3 durch die winzigen Antriebselemente 5 eingestellt wird, so dass sich ein optischer Verschluss erzielen lässt, bei dem sich der Lichtdurchlassgrad in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich variieren lässt.
  • 14 zeigt eine schematische Darstellung eines variablen Verzweigungsmoduls mit zwei optischen Verschlüssen 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • Dieses variable Verzweigungsmodul kann als Vorrichtung zum Teilen von Licht in einen Referenzstrahl und einen Strahl zum Beleuchten eines Gegenstands sowie auch zum Steuern des Intensitätsverhältnisses zwischen diesen Strahlen in einer holografischen Speichereinheit verwendet werden. Das variable Verzweigungsmodul ist nicht auf die Verwendung als eine derartige Vorrichtung beschränkt, sondern kann auch als allgemeine optische Verzweigungsvorrichtung verwendet werden. Wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel hat auch bei jedem der optischen Verschlüsse 1 des vierten Ausführungsbeispiels das Filter insgesamt die Funktion eines Minus-Filters, wobei die Position eines beweglichen Filters 3 durch winzige Antriebselemente 5 eingestellt wird. Der optische Verschluss 1 weist Substrate 8 auf, die als Blenden wirken, wie dies auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
  • Wie in 14 gezeigt ist, teilt dieses variable Verzweigungsmodul als erstes eintretendes Licht durch ein polarisierendes Verzweigungsfilter 20, wie z.B. ein PBS-Prisma. Im Spezielleren teilt es das eintretende Licht durch Übertragen von einem abgeteilten Anteil und Reflektieren von einem anderen abgeteilten Anteil in Abhängigkeit von der Polarisierungsrichtung des Lichts. Genauer gesagt teilt das polarisierende Verzweigungsfilter 20, wenn es in einem Winkel von ca. 45° in Richtung auf das eintretende Licht geneigt ist, das eintretende Licht, das sowohl einen p-polarisierten Strahl als auch einen s-polarisierten Strahl beinhaltet, in einer derartigen Weise, dass der p-polarisierte Strahl übertragen wird und der s-polarisierte Strahl orthogonal zu dem eintretenden Licht reflektiert wird.
  • Die optischen Verschlüsse 1 dieses Ausführungsbeispiels sind in Lichtwegen des übertragenen p-polarisierten Strahls und des reflektierten s-polarisierten Strahls angeordnet. Durch Steuern des Lichtdurchlassgrads bei den optischen Verschlüssen 1 lässt sich das Intensitätsverhältnis eines jeden der polarisierten Strahlen steuern. Wenn nur das Intensitätsverhältnis der polarisierten Strahlen gesteuert wird, kann einer der optischen Verschlüsse 1 in einem der Lichtwege des p-polarisierten Strahls und des s-polarisierten Strahls angeordnet werden. Wenn die optischen Verschlüsse 1 in beiden Lichtwegen der polarisierten Strahlen angeordnet sind, kann nicht nur das Intensitätsverhältnis der polarisierten Strahlen, sondern auch ein Absolutwert des Intensitätsverhältnisses ohne Veränderung des Intensitätsverhältnisses gesteuert werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf die vorstehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben worden, jedoch ist sie nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (4)

  1. Optischer Verschluss, aufweisend: ein erstes und ein zweites mehrlagiges Filter (2, 3), die unter Freilassung eines Spalts (4) dazwischen angeordnet sind und zum Steuern des Lichtdurchlassgrads von durch diese hindurch gehendem Licht dienen, wobei es sich bei einem der Filter um ein feststehendes Filter (2) und bei dem anderen um ein bewegliches Filter (3) handelt, und winzige Antriebselemente (5), die an dem beweglichen Filter (3) vorgesehen sind, um das bewegliche Filter (3) zum Variieren der Distanz zwischen dem feststehenden Filter und dem beweglichen Filter zu verlagern und damit die Größe des Spalts (4) zu variieren, gekennzeichnet durch eine Erhebung (2a) vorbestimmter Größe, die an dem feststehenden Filter (2) angeordnet ist und derart positioniert ist, dass das bewegliche Filter (3) an dieser angreifen kann, wenn es durch die Antriebselemente (5) antriebsmäßig bewegt wird, um dadurch die minimale Größe des Spalts (4) zu begrenzen, und durch einen Anschlag (7), der derart positioniert ist, dass das bewegliche Filter (3) an diesem angreifen kann, wenn es durch die Antriebselemente (5) antriebsmäßig bewegt wird, um dadurch die maximale Größe des Spalts (4) zu begrenzen.
  2. Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (2a) das Ergebnis eines Dünnschicht-Aufbringvorgangs ist.
  3. Optische Kommunikationsvorrichtung mit einer Schalteinheit, in der eine Linse (11) und ein optischer Verschluss nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 untergebracht sind und die zwischen einem Eingangslicht-seitigen Doppelader-Lichtleiter (12) und einem Ausgangslicht-seitigen Einzelader-Lichtleiter (13) angeordnet ist, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des optischen Verschlusses (1) ein Umschalten zwischen der Übertragung von Licht, das von einer der Lichtleiteradern des Eingangslicht-seitigen Doppelader-Lichtleiters (12) zu einer Lichtleiterader des Ausgangslicht-seitigen Einzelader-Lichtleiters (13) auftritt, sowie einer Reflexion des Lichts zum Übertragen des reflektierten Lichts zu der anderen Ader des Eingangslicht-seitigen Doppelader-Lichtleiters (12) hervorruft.
  4. Holografische Speichereinheit mit einem optischen Verschluss (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 in Verwendung als variables Verzweigungsmodul zum Teilen von Licht in einen Referenzstrahl und einen Strahl zum Beleuchten eines Gegenstands sowie zum Steuern des Intensitätsverhältnisses zwischen den Strahlen.
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